甬台温高速公路复线飞云江特大桥施工栈桥设计

高明赞,蔡明高

(1.瑞安市交通局,浙江瑞安 325200;2.瑞安市高速公路工程建设指挥部,浙江瑞安 325200)

1 工程概况

甬台温高速公路复线是浙江省高速公路主骨架“两纵两横十八连三绕三通道”的 “一连”,是沈海国家高速公路浙江段的辅助线路,也是温州市高速公路骨架 “二纵二横二连一绕”中的 “一纵”。甬台温高速公路复线温州段全长约135.7 km,总投资约368.8亿元。

图1 飞云江特大桥效果图

飞云江特大桥是甬台温高速公路复线温州段的控制性工程之一,拟设计桥梁全长4139 m,宽33 m,双向6车道,设计时速100 km/h。其中,主桥长700 m,采用51+109+380+109+51m双塔双索面叠合梁斜拉桥。水中引桥采用50 m和45 m跨径连续箱梁,花瓶形墙式墩,钻孔灌注桩基础,上部结构采用移动模架施工。岸上引桥采用30 m跨径预应力混凝土先简后连组合箱梁,下部结构采用柱式墩,钻孔灌注桩基础。主通航孔通航等级为30 00 t级海轮,单孔双向通航,通航净空233×32.5 m。为了便于飞云江特大桥江上段的施工 (江上约2 500 m),在飞云江特大桥的上游建造施工栈桥。甬台温高速公路复线飞云江特大桥施工栈桥由浙江省交通规划设计研究院于2011年8月完成设计,由路桥集团国际建设股份有限公司于2011年11月初动工建设。栈桥分南北两段,北起飞云江北岸堤坝背水坡至飞云江特大桥主桥北辅助墩,长990.8m;南起飞云江特大桥主桥南辅助墩至飞云江南岸堤坝背水坡长943.3 m,南北全长1934.1 m,江中预留约600 m通航道[1]。本文对该施工栈桥的设计进行简要的介绍,为飞云江上及同类工程施工栈桥的设计提供参考。

图2 栈桥

2 工程气象、地质和水文

瑞安地处亚热带季风区,四季分明,雨量充沛,年平均气温 17.9℃,极端最高 (低)气温39.3(-4.5)℃,1月份各年平均气温4.9～9.9℃,7月份各年平均气温26.7～29.6℃;年平均相对湿度81%;年平均降水量1698.2 mm;夏季多东南偏东风,冬季多西北偏西风,多年平均风速2.5 m/s,瑞安还处于温州—汕头的台风地带,夏季台风众多79月为台风活动期 (占84%)[2]。

飞云江为浙江省八大水系之一,桥位处河床较平缓,水底地形标高介于-2～-3 m,岸坡较稳定。桥址地基土上部为全新统冲海积、海积软土,具体为淤泥质粉质粘土夹粉砂、淤泥、淤泥质粘土,局部为海积软塑粘土,整体厚度36.5～53.65 m。软土层下多为海积粘性土,软塑到可塑状,性质较差到一般,两岸厚度较大,飞云江上厚度较小,局部间夹灰黄色粉质粘土。中下部分布三层冲击软砾石,间夹冲湖积、海积粘性土,其中软砾石呈中密到密实状,顶板标高-59.6～-70.9 m,厚度4.5～14.7 m,该层下卧蓝灰色粉质粘土,软砾石呈密实状,顶板标高-78.53～-98.59 m,层厚14.3～16.8 m,该层下卧灰色粉质粘土,可塑状,卵石层层位稳定,密实状,厚度大于30 m,工程性质较好,顶板埋深-125.93～-126.3 m,工程性质较好[1]。

飞云江潮汐,一天内两涨两落,周期约为12小时30分,为不正规的半日潮。河口段由于径流作用,水流总的趋势是落潮平均流速大于涨潮流速,落潮流量大于涨潮流量,落潮历时大于涨潮历时,最大落潮侧点流速为3.06 m/s。

3 栈桥设计标准

(1)栈桥使用期:4年。

(2)栈桥施工工期:4个月。

(3)荷载:平板车、8 m3混凝土灌车、65 t屡带吊车 (吊重30 t)。

(4)桥宽:双向2车道,总宽7.6 m,其中桥面净宽7 m。

(5)风载:按50年一遇标准设计风速37.4 m/s。

(6)水流力:按20年一遇最大遇落潮侧点流速2.04 m/s。

(7)标高:按20年一遇最高水位+4.65 m,桥面标高为+7.0m。

(8)车速:15 km/h,汽车冲击系数取1.1。

(9)与主桥间距:考虑栈桥对主桥施工的影响,栈桥轴线距飞云江特大桥轴线为23.0 m。

4 栈桥上部结构

4.1 贝雷梁

栈桥上部承重结构除起点和终点位置采用型钢外,其他部位均采用贝雷梁。对于单跨贝雷梁的选择,分别对12 m和15 m两种跨径进行经济性和结构安全性比选。15 m跨径相比12 m跨径:贝雷梁增加,下部桩数减少,桩长增加,其最终造价节约有限;钢管桩、贝雷梁以及栈桥整体的稳定性相对较差;钢管桩桩长需大于56 m,下部结构对施工机具设备的要求较高,施工风险大。因此,最后推荐采用12 m跨径贝雷梁。贝雷梁按 《装配式公路钢桥多用途施工手册》选用和制造,每片贝雷梁由4片321型贝雷片组装而成,全桥共用321型贝雷片3 804片。南岸栈桥共用贝雷梁74跨,12 m贝雷梁444片。北岸栈桥共用贝雷梁78跨,12 m贝雷梁468片。

贝雷梁栈桥上部构造从上到下依次是12 mm花纹钢板、I14纵向分配横梁、I28横向分配梁和贝雷主梁,图3。I28横向分配梁间距为1.5 m,伸缩缝处间距为1.4 m。I14纵向分配横梁间距为0.4 m。贝雷梁采用7跨一联,联与联之间预留10 cm伸缩缝,伸缩缝为40 cm宽钢板一端焊接一端自由。

4.2 型钢

型钢栈桥上部构造从上到下依次是12 mm标准面板、I14横梁、H45纵梁,图4。I14横梁间距为0.4 m,H45纵梁间距为0.9 m。型钢栈桥和贝雷梁栈桥之间预留10 cm伸缩缝,伸缩缝为40 cm宽钢板一端焊接一端自由。南岸型钢栈桥2跨,共15 m(7 m+8 m)。北岸型钢栈桥2跨,共14.5 m(10 m+4.5 m)。

图3 贝雷梁栈桥横断面图

图4 型钢栈桥横断面图

4.3 桥面系及附属结构

栈桥桥面板采用宽1.8 m的Q235B标准花纹钢板,厚为12 mm,每块面板间横逢设置2 cm伸缩缝,纵缝设置2 cm断缝。全桥共用桥面板13 521 m2。

为确保飞云江特大桥施工时水、电的供应,在栈桥上设置了电缆管道沟槽,作为电缆管道架设支撑。

栈桥栏杆高1.0 m,栏杆立柱采用I12.6工字钢,其侧面与横梁焊接。栏杆扶手采用Φ 50×3热扎无缝钢管,其两端与栏杆立柱焊接,安装完成后涂刷红白反光油漆。

5 栈桥下部结构

栈桥基础采用Q235B钢管桩,桩径为 Φ 800 mm,壁厚8 mm,全桥共用钢管桩20 138 m。一般桥墩单桩设计承载力为700 kN,制动墩设计承载力为550 kN。桥位处计算河漕最大冲刷深度为3 m,根据桩基承载力要求,管桩桩底多位于粘土层或淤泥质粘土层,入土桩长约42 m。

钢管桩平联采用 Φ 426 mm壁厚为6 mm的钢管、22的剪刀撑,桩顶采用2H50横梁 (下承重梁),横梁与上部贝雷梁之间设置10 mm厚的橡胶垫块做减震。南北岸大堤的背水坡上设轻型桥台,桥台采用混凝土填芯钢管柱作为基础,桥台单桩设计承载力为500 kN。

贝雷梁栈桥桥墩有4种形式,如图5。(a)为贝雷梁栈桥伸缩缝处双排桩制动敦,设在贝雷梁联与联之间;(b)为贝雷梁栈桥中间双排桩制动敦;(c)为贝雷梁栈桥单排桩中间墩;(d)为型钢栈桥和贝雷梁栈桥衔接处双排桩过渡墩。

图5 贝雷梁栈桥纵断面图

6 施工组织及使用、维护

6.1 施工组织

根据工程现场施工条件,结合下部结构施工方案,本栈桥采用图6所示的施工流程[1]。工程所需的钢管桩及其他构件均在工厂制作,钢管桩每段12.0 m,利用运桩船或挂车运至施工现场。钢管桩应按不同的规格分别堆存,堆存形式和层数应安全可靠,避免产生轴向变形和局部压曲变形。

对于钢管桩的施打,满足打桩船水深作业要求的江中栈桥采用打桩船插打,用浮吊架设贝雷梁。而靠近堤坝滩涂浅水区,从施工完成的栈桥开始,利用履带吊机采用钓鱼法插打,由岸边向江中心推进。振打钢管桩采用履带吊车配合振桩锤施打,履带吊停放在已施工完成的栈桥桥面,吊装悬臂导向支架,利用悬臂导向支架精确打入钢管桩,在沉桩时对桩的平面位置和横纵桥向垂直度进行测量控制。在振动过程中要不断的检测桩位与桩的垂直度,发现偏差要及时纠正。

每根桩的下沉需一气呵成,中途间歇时间不可过长,以免桩周土扰动恢复造成沉桩困难。桩顶铺设好贝雷梁及桥面板后,履带吊前移,进行插打下一跨钢管桩。按此方法,循序渐进的施工。钢管桩施打完成后,应立即进行钢管桩的横向连接,焊接型钢平联及斜撑。

图6 栈桥施工流程图

栈桥下部结构施工时特别需注意潮水和台风的影响。在施工水域范围内,以适当的距离立水尺,注意观察潮汐变化。为确保工程施工的安全,在涨潮及落潮的时间间隔内应停止施工,并确保已经施工完的钢管桩进行连接固定,防止在潮水的破坏作用下,钢管桩在河床位置折断。如果受到台风的袭击,应尽早撤离所有施工机械和作业人员到安全区域,已经施工完成的应采取一定的措施保证安全过度。

图7 施工中的栈桥

贝雷梁每片12 m,在岸上拼接完成后,由汽车运至架设点,用吊机吊放到横梁上,并做好贝雷梁和横梁的连接工作。贝雷梁安装需注意将贝雷梁立柱节点与横梁位置对准,以减小下弦杆受弯[3]。为提高上部结构的抗风能力,在贝雷梁下弦杆每跨跨中设置抗风拉杆。栈桥搭设完成后,应组织人员对栈桥进行全面验收和测试。验收内容应包括对桩位的测量复合、栈桥平面位置的复核、各结构部件的连接情况等[3]。

6.2 使用和维护

栈桥建设中及建成后,防止江上作业其他船只过桥时对钢管桩的碰撞,保证船舶航行安全,需做好安全防护措施。在栈桥沿线设置警示标志,警示灯于栈桥栏杆上下游两侧均间隔15 m设置一个;栈桥护栏的竖干、扶手横杆要刷上红白相间的警示反光油漆;栈桥钢管桩露在水面以上部分涂刷醒目的警示反光面漆;在通航孔处的主墩钻孔作业平台处加设防撞钢管桩,钢管桩内灌砂;以及在栈桥栏杆上下游两侧每隔30 m挂设救生圈等。

为确保交通运营安全,在栈桥出入口需设置标志牌,标明栈桥载重等级、限制车速等重要通行规则,严防超载、超速运行。栈桥上同向行驶车辆间距不得小于18 m(除浇注砼的泵车与罐车之间距离外),车速不得大于15 km/h。

栈桥维护按每月一次对栈桥进行检查,特别是台风和强涌潮过后应重点检查。检查的内容包括桩位处河槽冲刷情况、贝雷片连接处螺栓紧固情况和桥面板、栏杆变形损坏情况等。

栈桥使用期为4年,考虑使用期间栈桥钢管桩桩位处河槽局部冲刷 (设计最大冲刷深度为3 m),在栈桥使用阶段,需派专人负责测量各墩位处冲刷深度。若测得冲刷深度超过设计值,需及时采取抛石、抛砂袋等措施进行冲刷防护,以确保栈桥整体稳定及钢管桩的入土深度满足要求[4]。

此外,考虑栈桥使用期较长,工程所处海洋环境,海水对钢结构具有很强的腐蚀能力,特别是浪溅区和水位变动区,若钢管桩和贝雷梁等主要结构腐蚀到一定程度后,将对栈桥正常使用和结构安全造成巨大的影响。因此,需对结构表面进行防腐处理,以提高栈桥的耐久性。对钢栈桥采取的主要防腐处理是表面涂漆,根据结构所处环境等级的不同需采取相应的防腐处理,如钢管桩泥面下4 m起至桩底可不采取涂漆防腐,桩顶至泥面下4 m范围采取涂刷2层846环氧沥青厚浆防锈漆,而贝雷梁则进行一般的涂漆防腐即可。栈桥使用期间,需根据实际检查情况对脱漆锈蚀的结构进行补漆。

6.3 拆 除

在飞云江特大桥施工完成后进行栈桥拆除工作。栈桥的拆除工作同栈桥的搭设工作顺序基本相反,依次拆除桥面附属设施、桥面板、型钢分配梁、贝雷梁、桩顶分配梁及钢管桩,拆除方法基本与搭设方法相同,但同时要注意的是在钢管桩基础拆除时,采用履带吊机配合振动沉拔机分段拆除,因为钢管桩长度太长,不能一次性拔出。

7 结 语

甬台温高速公路复线飞云江特大桥位于瑞安市飞云江入海口,桥位处河道宽约2 500 m,施工栈桥全长1 934.1 m(南段990.8 m,北段943.3 m),江中留约600 m通航道。栈桥桥面净宽7 m,双向2车道,荷载等级为平板车、8 m3混凝土灌车、65 t屡带吊车 (吊重30 t)。栈桥上部结构采用12 m跨径的贝雷梁,从上至下依次是12 mm花纹钢板、I14纵向分配横梁、I28横向分配梁和贝雷主梁。下部结构基础采用Φ 800×8 mm钢管桩,桩底多位于粘土层或淤泥质粘土层,入土桩长约42 m,每个桥墩钢管桩之间采用Φ426 mm壁厚为6mm的钢管平联、22的剪刀撑和2H50横梁进行连接。

钢管桩利用运桩船和挂车运至施工现场,满足打桩船水深作业要求的江中栈桥采用打桩船插打,用浮吊架设贝雷梁,而靠近堤坝滩涂浅水区利用履带吊机采用钓鱼法插打。每根桩的插打下沉要一气呵成,不可中途间歇时间过长,以免桩周土扰动恢复造成沉桩困难。贝雷梁在岸上拼接完成后,由汽车运至架设点,用吊机移至到横梁上,与下部结构进行连接。栈桥建成后需定期进行检查和维护,并需做好安全防护工作,确保栈桥在使用期内安全、可靠。

[1]浙江省交通规划设计研究院.甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段工程飞云江特大桥栈桥工程施工图设计[Z].温州:温州市交通投资集团有限公司,2011.

[2]高明赞,干伟忠,徐天宁,等.沈海高速公路温州段跨海湾大桥混凝土结构耐久性设计[J].公路,2010,55(2):138-144.

[3]王维琴,龚韬.贝雷桁架栈桥设计与施工[J].城市道桥与防洪,2011,(4):143-146.

[4]杨进华.山区深水河流栈桥设计与施工[J].西部探矿工程,2011,(3):188-190.